汽车尾气排放检测方法分析

张润南

随着我国国民经济的进一步发展和人民生活水平的稳步提高，社会对环境质量的要求越来越高，在此过程中，加强对汽车尾气排放的控制也受到了越来越多的重视。随着《中华人民共和国大气污染防治法》以及与之配套的汽车排放法规的颁布与实施。我国对汽车尾气排放的控制步入了法治轨道。

1.汽车尾气排放及其控制

现代燃油汽车的排放物主要包括氮氧化合物、碳氢化合

物、碳氧化合物、硫化物、颗粒排放物、金属化合物、有机

化合物和水等。汽车尾气排放是造成大气污染的重要原因，氮氧化合物在阳光下与碳氢化合物发生反应容易形成烟雾，矿物不完全燃烧产生的一氧化碳是一种危害很大的有毒气体，硫化物容易与水反应形成酸雨，而二氧化碳则被公认为是引起全球变暖的罪魁祸首。

影响汽车尾气排放的因素很多，包括汽车燃料品质、进气处理、燃烧系统、汽车供油系统、电子控制技术水平，以及后处理技术等多个方面。因此，对汽车尾气排放的控制也往往从这些方面展开。

关于汽车燃料，在严格控制燃油中硫和铅含量的基础上，目前有一些厂商和科研单位尝试使用代用汽油（如在普通汽油中加入少量甲醇），也有人提出使用汽油清净剂，但总的来说，这些方法还处在试验阶段，其技术效果和经济可行性还有待进一步观察。

由于绝大部分排放污染物都是在发动机工作过程中产生的，因此，改善发动机燃烧性能是降低排放污染的重要措施之一。围绕着输出功率高、燃油消耗少和污染排放低的总体目标，近年来，世界各国在汽车发动机的设计与制造中进行了大量投入，大量采用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM），应用了稀薄燃烧、可变进气谐振、发动机电控燃油喷射等先进技术，大大降低了发动机的污染排放。

排气催化净化技术是对发动机排放的气体进行净化处理，以进一步降低汽车尾气对大气的污染。目前，发达国家普遍采用催化剂净化技术对发动机排气进行净化，我国一些大型城市开始推广三校催化转化技术。

在管理层面上，世界主要国家都出台了与汽车尾气排放相关的法规，确定排放污染物限值。目前，世界上主要有美、日、欧三种排放法规体系。在我国的GB3847—1999《压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气可见污染物限值及测试方法》、CBl4761—1999《汽车排放污染物限值及测量方法》和GB17691—2001《车用压燃式发动机排放污染物限值及测量方法》中，除个别项目外，基本上都采用了欧洲排放法规体系。然而，由于各种原因，主要是技术上的差距，我国在实施时间上不仅落后于同档的欧I、欧II标准，也没有制定相当于欧III、欧IV标准的法规和实施时间表。

2.汽车尾气检测的无负载检测法及其缺陷

排放法规不仅由一系列各种污染物的限值组成，它还包括检测、认定和强制执行的方法。有研究表明，在汽车排放造成的空气污染中，有80%的污染物来自于20%的排放严重超标的车辆。因此，强化汽车尾气检测具有十分重要的意义。为了减少机动车排放造成的污染，一要执行严格的新车排放标准，用环保法规来促进高新技术在汽车领域中的应用，使出厂的新车达到低污染；二是实施在用车的定期检查维护制度，强制要求车辆定期进行排放检测，不合格者必须到指定的维修网点进行有针对性的维护和修理，达标后方可上路。以上两种方法的最佳组合，基本上就能够保证车辆排放的污染物始终处于较低的水平。前者是保证机动车低污染的前提条件，后者是使其排放控制系统在车辆的整个使用寿命期内能够正常工作的保障。

我国对在用车的尾气检测是在车辆年检制度中执行的。通常用的检测方法为怠速法或双怠速法（汽油车）和自由加速烟度法（柴油车）。它们都属于无负载检测法，测试价格便宜，试验方法简单快捷。

怠速工况式发动机多种工况的一种，指车辆变速器位于空档、离合器处于接合位置和加速踏板处于松开条件下发动机进行低速空转的状态。发动机在起动后的稳定、暖机时在十字路口车辆等红灯及交通堵塞时的工况均为怠速工况。怠速法主要用于在用车。对于新车主要用于车间内新车下线后的检测。

在怠速法检测中，先使发动机由怠速工况加速至70%的额定转速，并在维持60s后降至怠速；然后将取样探头插入排气管中，并在维持15s后开始读取30s内的最高值和最低值，取其平均值与标准值进行对比。

在自由加速烟度法检测中，先将取样探头固定于排气管内（插入深度为300mm以上），并使其中心线与排气管轴线平行；然后将抽气泵开关置于加速踏板上，在完成滤纸走位和清除排气管残存的碳烟之后将加速踏板迅速踩到底，并在维持4s后松开，过15s后接着执行相同操作，连续测量4次，并取后3次读数的算术平均值为所测烟度值。

自由加速烟度法检测具有检测操作简便易行。检测仪器价格便宜和便于携带，以及检测时间短等优点，广泛应用于柴油车的年检、路检。

随着环保要求的提高，目前通行的无负载检测方法报漏出一些缺点。这类监测方法最主要的问题是不能反映车辆在道路上行驶时的实际排放状况。

对于怠速法而言，只是检测车辆在怠速状态运转时的尾气排放状况，此时发动机处在空转状态，不带任何负荷。怠速是发动机燃烧状况较差的工况，氮氧化物的排放量非常低，这时无法真实地检测到车辆运行时氮氧化合物的排放浓度（实际情况是车辆在加速和高速行驶时，氮氧化合物的排放量最大）。此外，怠速法还给化油器车在检测时留下一些作弊的机会。对于检测超标的车本应通过维护和修理使车况正常，从而降低碳氧化合物和碳氢化合物的浓度。但有些车主在年检前自己将化油器怠速螺钉、节气门螺钉向混合气偏稀方向调整（偏离正常的怠速浓混合气设计状态），以通过对汽车尾气的年检。混过年检后，为不使车辆起动困难，他们再将化油器调整恢复到原状态。

对于自由加速烟度法来说，自由加速烟度法是车辆在实际行驶过程中不存在的工况，也就无法反映实际运行当中柴油车的排放状况，不利于查出上路行驶时真正冒黑烟的车辆。此外，在实际操作中，“将加速踏板迅速踏到底”时速度与力度的掌握不同，“维持4s后松开”时时间长短的掌握不一，使得测量的不确定性较大，从而影响最终检测的结果。

3.汽车尾气检测的工况法及其优缺点分析

为了克服无负载检测法的上述缺点，一些发达国家采用工况法取代了无负载法。我国一些城市也从2003年3月1日起，对在用车的尾气检测停止使用“双怠速法”，改为“简易工况法”。

采用简易工况法检测时，被检车辆是在底盘测功机上，由底盘测功机给车辆施加一定的载荷，让车辆按照一定的车速工况（模拟车辆实际行驶时的工况）运行，这时就能够比较真实地检测出车辆的排放状况，可以有效地查出那些车况较差、排放污染较重和需要调修的车辆。因此，，简易工况法可以更科学、更有效地检测机动车排放污染的状况。

目前，应用较广的简易工况法主要有IM240法、ASM法和VMAS法三种。

IM240法采用美国联邦新车型式认定用测试规程FTP曲线前0—333s的2个峰，经修改缩短为240s。测试设备的工作原理同新车试验的要求一致。IM240法技术含量较高，测试结果较科学，但缺点在于其设备费用高，维护比较复杂，检测时间较长，对检测人员有较高的要求。

ASM法，即稳态加载加速模拟检测法，其最大特点是试验设备充分简化，可使用在怠速法中广泛使用的直接取样浓度分析仪。ASM法的优点在于其所需的整套设备价格仅为IM240法的30%左右，操作与维护都比较简单容易。缺点在于ASM法检测结果与FTP检测结果相关性不高，与新车试验的相关性较差，误判率偏高。

为了克服ASM与FTP相关性差和IM240虽与FTP相关性好但费用太高、不利于推广的困难，人们推出了VMAS法。VMAS法是一种瞬态加载简易工况法，使用与IM240相同的底盘测功机。它吸取了IM240瞬态工况，测量稀释排气量最重可得出污染物排放质量的优点，也吸取了ASM直接利用简便式尾气分析仪就可对各个污染物浓度测试的长处，采用一个被称为“气体流量分析仪”的装置来检测汽车的排放流量（经稀释），经处理计算后得出每种污染物每千米的排放质量。上海工程技术大学汽车工程学院、东南大学环境科学与工程学院等单位研究认为，VMAS法（采用类似IM240测试规程）的检测精度和环保效益与IM240非常接近，而投资规模和检测费用却远比IM240少，与ASM相当，但检测正确率、排放削减率都大大高于ASM检测方法。

鉴于简易工况法的科学性比无负载检测法要高，我国政府对简易工况法给予了充分肯定，并倡导和鼓励使用这种检测方法。由于采用简易工况法检测汽车尾气，需要进行检测设备的更新换代，会加重汽车检测机构和车主的经济负担，因此，无负载检测法在我国仍将占有一定市场，特别是在一些经济不太发达的地区无负载检测法不会很快被简易工况法替代。但是，从长远来看，无负载检测法最终肯定要被简易工况法替代，因此，广大汽车检测机构应做好相关的准备和规划工作。

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【文章编号】1627-6868（2014）08-0063-02